葛田田, 王新洋, 2, 譚麗菊, 李 鐵

夏季長(zhǎng)江口水體層化和潮汐作用對(duì)顆粒氮、磷運(yùn)移的影響

葛田田1, 王新洋1, 2, 譚麗菊1, 李 鐵1

(1. 中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 山東 青島 266100; 2. 上海交通大學(xué)海洋學(xué)院, 上海 200030)

于2018年7月對(duì)長(zhǎng)江口及其鄰近海域水體中的海洋化學(xué)參數(shù)進(jìn)行了3個(gè)連續(xù)站和5個(gè)大面站的調(diào)查, 分析了該海區(qū)水體層化和潮汐作用對(duì)顆粒氮(PN)和顆粒磷(PP)的影響。結(jié)果表明, 該海區(qū)PN濃度為0.75～27.42 μmol?L–1, 平均值為5.39 μmol?L–1; PP 濃度為0.07～2.05 μmol?L–1, 平均值為0.37 μmol?L–1。PN和PP與懸浮顆粒物(TSP)均具有較好的相關(guān)性, 表現(xiàn)出明顯的同源性。層化現(xiàn)象和潮汐作用對(duì)二者的運(yùn)移和分布有很大影響, 層化不利于底層顆粒物的向上輸運(yùn), 使得PN和PP垂直分布出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象, 同時(shí)長(zhǎng)江沖淡水與高鹽水交匯形成的鋒面, 使大顆粒物質(zhì)在鋒面以西快速沉降, 阻礙了顆粒物氮磷向外海的水平輸送。潮汐是該海區(qū)PP、PN水平輸送的主要?jiǎng)恿?lái)源之一, 在潮汐作用下, 長(zhǎng)江沖淡水的運(yùn)移及底層沉積物的再懸浮對(duì)水體中顆粒氮磷的周期性變化產(chǎn)生重要的影響, 在上升流區(qū)底層及中層PN和PP濃度受沉積物再懸浮作用周期性增大。相關(guān)工作對(duì)分析河口海域化學(xué)成分的分布和水動(dòng)力作用的相關(guān)性具有重要作用。

長(zhǎng)江口; 顆粒氮磷; 層化現(xiàn)象; 潮汐作用

顆粒物是海洋中物質(zhì)存在的重要形態(tài), 在海洋各要素的遷移、轉(zhuǎn)化中起到重要的作用, 在營(yíng)養(yǎng)鹽的供給和生物地球化學(xué)過(guò)程中扮演著重要角色[1-3]。顆粒態(tài)是海水中營(yíng)養(yǎng)鹽的重要組成部分, 顆粒氮(PN)、顆粒磷(PP)的比例、形態(tài)與濃度的變化對(duì)近海初級(jí)生產(chǎn)力的維持起重要作用[2]。此外, PN、PP具有易沉降、生物成分比重大的特征, 使其成為水體與沉積物相互傳遞的重要介質(zhì)[1-2]。河流輸送是顆粒物從陸地向海洋輸送的主要途徑。河口區(qū)海域水動(dòng)力條件復(fù)雜, 且受陸源輸入和外界大洋相互作用的影響, 使得PP、PN的產(chǎn)生、遷移轉(zhuǎn)化與循環(huán)等過(guò)程更加復(fù)雜[4]。

長(zhǎng)江作為我國(guó)最大的河流, 其年均徑流量達(dá)9.24×1011m3, 在陸源向東海和西太平洋的輸送過(guò)程中起著重要作用[5]。沿岸經(jīng)濟(jì)帶的快速發(fā)展與城市人口的急速增加, 對(duì)長(zhǎng)江口鄰近海域生態(tài)環(huán)境造成了重要的影響。近50年來(lái), 長(zhǎng)江營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入急劇增加[6], 長(zhǎng)江對(duì)邊緣?？偟?TN)、總磷(TP)的輸入通量分別占主要河流總通量的66% 及84%[7]。同時(shí), 長(zhǎng)江口及鄰近海域受潮汐、沿岸流和降水等環(huán)境因子的調(diào)控影響明顯, 水文環(huán)境復(fù)雜, 使得營(yíng)養(yǎng)鹽在該海域的含量和遷移轉(zhuǎn)化受到多種因素的控制。長(zhǎng)江口水域是一個(gè)中等強(qiáng)度的潮汐河口, 潮汐在口內(nèi)為不正規(guī)半日潮, 口外為正規(guī)半日潮[8],河口最大濁度的形成機(jī)制是水流-潮流相互作用和鹽淡水混合作用的結(jié)果, 對(duì)于長(zhǎng)江的物質(zhì)輸送起著非常重要的作用。長(zhǎng)江口懸浮顆粒物(TSP)的濃度和年平均輸送量達(dá)到0.5～1.7 kg?m?3以及5 × 108t, 顆粒物吸附/解吸作用是海洋氮磷循環(huán)中重要的過(guò)程[9-10], 受長(zhǎng)江徑流輸沙量和水文條件的影響, 顆粒氮磷的濃度在長(zhǎng)江口海域出現(xiàn)明顯的季節(jié)和空間分布特征[1,4]。

以往對(duì)顆粒氮磷的研究多集中在長(zhǎng)江的輸入通量、形態(tài)轉(zhuǎn)化及季節(jié)變化上, 有關(guān)長(zhǎng)江口潮汐及層化等水動(dòng)力條件對(duì)顆粒氮磷遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制的研究較少。本文基于2018年7月在長(zhǎng)江口及其鄰近海域3個(gè)連續(xù)站和5個(gè)大面站所測(cè)參數(shù), 分析潮汐作用以及水體層化等水動(dòng)力條件對(duì)PP、PN濃度分布的影響, 為分析河口區(qū)顆粒態(tài)營(yíng)養(yǎng)鹽的分布和遷移轉(zhuǎn)化提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 站位布設(shè)

2018年7月14日至19日, 乘“浙漁科2”號(hào)科考船在長(zhǎng)江口鄰近海域的5個(gè)大面站和3個(gè)連續(xù)站進(jìn)行綜合觀測(cè), 經(jīng)緯度范圍為122°24.076′E～ 123°11.786′E, 30°59.345′N～31°00.329′N, 采樣站位見(jiàn)圖1。連續(xù)站(S1、S2、S3)與大面站中的L2、L3、L4雖預(yù)設(shè)站位相同, 但調(diào)查日期不同, 因此實(shí)際經(jīng)緯度略有差異。

圖1 采樣站位圖[根據(jù)審圖號(hào)GS(2020)4627的地圖制作]

注: L1—L5為大面站, S1—S3為連續(xù)站

1.2 樣品采集及分析

對(duì)連續(xù)站, 化學(xué)要素采樣間隔時(shí)間為3 h, 物理要素采樣時(shí)間間隔為1 h, 連續(xù)25 h觀測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)用 CTD觀測(cè)溫度、水深及鹽度, 用 Niskin采水器采集標(biāo)準(zhǔn)層次水樣, 各站位水深及采樣層次見(jiàn)表1, 各站底層距離海底2～3 m。

用于測(cè)定營(yíng)養(yǎng)鹽的水樣經(jīng)孔徑為0.7 μm玻璃纖維濾膜(GF/F Whatman)減壓過(guò)濾, 濾膜用于測(cè)定顆粒氮磷的濃度, TSP用已烘干并稱重的醋酸纖維濾膜(47 mm, 0.45 μm)過(guò)濾, 葉綠素(Chl-)用0.7 μm Whatman GF/F進(jìn)行過(guò)濾, 所有濾膜于?20 ℃冷凍保存直至實(shí)驗(yàn)室分析。PP、PN、溶解態(tài)總磷(DTP)和溶解態(tài)總氮(DTN)均用堿性過(guò)硫酸鉀法測(cè)定, 硝酸鹽(NO3-N)用鎘-銅還原柱法測(cè)定, 亞硝酸鹽(NO2-N)用重氮偶氮法測(cè)定, 銨鹽(NH4-N)用次溴酸鈉氧化法測(cè)定, 溶解磷酸鹽(DIP)用磷鉬藍(lán)法測(cè)定, 溶解硅酸鹽(DSi)用硅鉬藍(lán)法測(cè)定[11-12]。

表1 各站位水深及采樣層次

溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)分別采用溫克勒法和堿性高錳酸鉀法在船上實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。TSP、Chl-、總?cè)芙庥袡C(jī)碳(DOC)分別用稱重法(分析天平, Sartorius CP225D)、熒光法(熒光分光光度計(jì), 日立F-4600)和高溫燃燒法(總有機(jī)碳分析儀, Shimadzu TOC-L)測(cè)定[11-12]。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

本研究對(duì)獲取的海洋要素間的相關(guān)性用SPSS軟件計(jì)算了皮爾遜相關(guān)系數(shù), 營(yíng)養(yǎng)鹽的斷面分布圖使用Surfer 13 軟件繪制。

2 結(jié)果分析

2.1 水文特征

調(diào)查海域的溫度、鹽度及密度的范圍分別為19.02～ 25.36 ℃, 24.15～34.38, 1 017.57～1 026.62 kg?m–3,其斷面分布如圖2所示。由圖可見(jiàn), 3個(gè)參數(shù)均呈現(xiàn)出明顯的層化現(xiàn)象, 約在10 m處存在明顯的躍層, 因此, 可將調(diào)查海域水體劃分為上下兩個(gè)不同的水體。躍層以上水體受長(zhǎng)江沖淡水的影響, 呈現(xiàn)出高溫低鹽的特點(diǎn), 而躍層以下的水體具有低溫高鹽的特點(diǎn)。表層, 在近河口咸淡水混合區(qū), 形成明顯的鋒面。整體而言, 相比遠(yuǎn)海, 近岸水體受長(zhǎng)江沖淡水的影響具有鹽度低、密度小的特點(diǎn), 但從近岸到遠(yuǎn)海, 鹽度和溫度出現(xiàn)明顯的躍層起伏, L2站位在5～10 m的鹽度明顯高于其他站位, 溫度明顯低于其他站位同等水深水體, 有明顯的高鹽冷水涌升現(xiàn)象。

圖2 2018年7月調(diào)查海域的鹽度、溫度和密度斷面分布圖

2.2 氮磷的形態(tài)

調(diào)查期間, 長(zhǎng)江口海域PN濃度變化范圍為0.75～ 27.42 μmol?L–1, 平均濃度為5.39 μmol?L–1。DTN濃度變化范圍為2.04～33.84 μmol?L–1, 平均濃度為13.97 μmol?L–1(表2), PN占TN的比例為5%～56%, 平均值僅為16%。PP濃度范圍為0.07～2.05 μmol?L–1, 平均濃度為0.37 μmol?L–1, PP占TP的比例為7%～66%, 平均值為26%。

2.3 TSP、PP和PN的空間分布

TSP的濃度范圍為1.1～1 015.9 mg?L–1, 平均值為64.0 mg?L–1。PN、PP和TSP具有大致相同的分布特征, 見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn), 三者均表現(xiàn)為在L3站位以西底層高, 表層低, L3站位以東為表層高, 底層低。PN、PP和TSP最高值均位于L1站位底層, 濃度分別為27.42 μmol?L–1、2.05 μmol?L–1和1 015.9 mg?L–1。PN/TN、PP/TP空間分布規(guī)律與PN、PP的分布規(guī)律一致。

表2 長(zhǎng)江口及鄰近海域營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度范圍及平均濃度

注: ND為未檢出。

圖3 2018年7月調(diào)查海域TSP、PN和PP濃度斷面分布圖

2.4 顆粒氮磷的時(shí)間變化

對(duì)S1、S2和S3 3個(gè)站位進(jìn)行了25 h周日連續(xù)觀測(cè), 3個(gè)站位PP濃度周日變化范圍分別為0.17～ 1.72 μmol?L–1, 0.10～0.72 μmol?L–1, 0.07～1.33 μmol?L–1, PN濃度周日變化范圍分別為3.33～25.57 μmol?L–1, 1.60～15.48 μmol?L–1, 0.75～12.18 μmol?L–1。3個(gè)站位PN、PP濃度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖4所示。S1站的表層PP、PN在周日內(nèi)有2次明顯的升高和降低的變化趨勢(shì), 最高值分別于10時(shí)和19時(shí)左右。S2站 PP、PN周日變化趨勢(shì)不明顯, 表層和底層濃度大于中間層。S3站表層在0時(shí)和下午時(shí)段PN和PP濃度均有高值, 底層濃度較低無(wú)明顯變化。

3 討論

3.1 營(yíng)養(yǎng)鹽形態(tài)分布特征

水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽以不同的形態(tài)存在。在近岸河口區(qū), 營(yíng)養(yǎng)鹽的分布及形態(tài)特征, 不僅受到生物作用的影響, 還受到大陸徑流及躍層變化等水文狀況的影響[4, 13]。對(duì)長(zhǎng)江口海域氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的形態(tài)進(jìn)行了分析, 如圖5所示。由圖5a可見(jiàn), 躍層上下DTN、DIN、DON濃度均呈現(xiàn)近岸向遠(yuǎn)海逐漸遞減的趨勢(shì)。夏季, 長(zhǎng)江沖淡水強(qiáng)盛, 雖厚度不大(<10 m), 但向東可延伸至126°E[12], 因此, 上層水體主要受到長(zhǎng)江沖淡水的影響, 由于化肥的使用和城市污水的排放, 使得近岸海區(qū) DIN、DON濃度較高[14], 研究顯示, 自80年代以來(lái)長(zhǎng)江輸送的DIN增加了近10倍[15-17]。近岸(L3以西)密躍層以下DIN、DON濃度大于遠(yuǎn)海, 主要受徑流和潮流的相互作用以及咸淡水混合的共同影響[18]。密躍層以上PN濃度由近岸到遠(yuǎn)海無(wú)明顯變化趨勢(shì), 說(shuō)明長(zhǎng)江徑流輸送不是該海區(qū)PN分布的唯一影響因素, 還受到浮游植物的生長(zhǎng)等因素共同作用的影響, 長(zhǎng)江口夏季Chl的濃度較高, 平均值為2.10±1.59 mg?m?3, 明顯大于秋、冬季節(jié)平均值為0.66±0.19 mg?m?3和0.46±0.23 mg?m?3[4], 是顆粒氮磷的重要來(lái)源。密躍層以下PN濃度由近岸到遠(yuǎn)海逐漸降低, 且在L3以東其值逐漸小于表層PN濃度, 河口最大混濁帶, 其懸浮顆粒物濃度很高, 可能是造成L3以西出現(xiàn)PN濃度最高值的主要原因, 同時(shí)由于鋒面的阻礙作用減弱了顆粒物的向外擴(kuò)散, 使得L3以東PN濃度較低(見(jiàn)圖3)。

對(duì)于該海域磷的不同形態(tài), 相比上層水體, 密躍層以下PP、DIP、DTP的濃度較高(見(jiàn)圖5b), 主要由于底層沉積物再懸浮不斷釋放PP及DIP[19], L1站PP濃度及所占的比例最大, 說(shuō)明在長(zhǎng)江口底層再懸浮的釋放是PP的重要來(lái)源。夏季表層水體浮游植物生長(zhǎng)需要利用大量的DIP[20], 也可使得表層PP、DIP濃度較低。在河口懸浮顆粒物濃度較高的水域, 顆粒物由于吸附能力較強(qiáng)而能吸附大量DIP, 在浮游植物生長(zhǎng)旺盛時(shí), 懸浮顆粒物會(huì)不斷釋放無(wú)機(jī)磷酸鹽[13, 21-22], 同時(shí)POP也會(huì)快速分解, 釋放的可溶性磷酸鹽重新供浮游植物吸收利用。密躍層上下的PP、DIP濃度近岸大于遠(yuǎn)海(圖3b), 下層水體主要受近岸陸架懸浮顆粒物的影響, 上層水體主要是受到長(zhǎng)江沖淡水影響, 加之上層生物利用的影響, 使得上層DIP濃度降低速度大于底層。

圖5 調(diào)查海域不同站位氮磷的存在形態(tài)

3.2 顆粒氮磷的來(lái)源及影響因素

為了研究影響長(zhǎng)江口顆粒氮磷的因素, 對(duì)密度躍層上下的水體中PN、PP的濃度分別和TSP、溫度、鹽度、COD、DSi、DOC、Chl-以及DO做皮爾遜相關(guān)性分析, 見(jiàn)表3所示。懸浮物呈近岸高, 遠(yuǎn)岸低的分布特征, 且近岸區(qū)域懸浮物濃度變化梯度較大(圖3a)。長(zhǎng)江口外的高懸浮物區(qū)域與長(zhǎng)江口水動(dòng)力過(guò)程密切相關(guān), 受長(zhǎng)江徑流以及潮汐等作用影響, 在長(zhǎng)江口懸浮顆粒物含量非常高[23]。兩層水體PN和PP均與TSP具有強(qiáng)相關(guān)性(表3), 認(rèn)為顆粒氮、磷的分布特征與運(yùn)移規(guī)律和懸浮顆粒物非常相似。在長(zhǎng)江口, 懸浮顆粒物主要來(lái)源于長(zhǎng)江沖淡水、生物作用以及沉積物再懸浮作用[4], 因此PN、PP的分布與這些因素密切相關(guān)。

表3 PP、PN和其他要素的相關(guān)性

Tab.3 Correlation of PN, PP, and other elements

注: —表示檢驗(yàn)概率值大于0.05。

兩層水體中PN、PP與溫度、鹽度的相關(guān)性明顯不同。密度躍層以上的水體, 與溫度、鹽度的相關(guān)性不明顯。上層水體具有低鹽特點(diǎn)(圖2a), 主要受到長(zhǎng)江沖淡水的影響, 與鹽度的弱相關(guān)性說(shuō)明長(zhǎng)江沖淡水混合不是影響調(diào)查海域PP及PN濃度的主要因素。密躍層以下水體與溫度、鹽度具有強(qiáng)相關(guān)性(=45), 與溫度呈現(xiàn)正相關(guān), 與鹽度有較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)(>0.6,=45)。L1與L2水深較淺(<15 m, 圖2), 在L2長(zhǎng)江水與外海高鹽水混合形成鋒面[1], 在鋒面過(guò)境處水動(dòng)力情況相當(dāng)復(fù)雜, 受長(zhǎng)江水、底層高鹽水的侵入以及潮汐的共同影響, 沉積物再懸浮作用較大, 同時(shí)鋒面阻礙了再懸浮物質(zhì)的向外擴(kuò)散, 導(dǎo)致在近岸呈現(xiàn)出高TSP, 低鹽的現(xiàn)象。

密躍層以上水體, 顆粒氮磷與DSi、COD和DOC具有弱相關(guān)性(0.2<<0.6), 陸地上硅酸鹽風(fēng)化是提供河流溶解硅酸鹽的主要過(guò)程, 長(zhǎng)江沖淡水具有較高濃度的DSi, 這說(shuō)明人類生產(chǎn)生活導(dǎo)致的污水排放通過(guò)長(zhǎng)江沖淡水對(duì)PN、PP的分布具有一定的影響[24-25]。夏季顆粒氮磷受浮游植物生長(zhǎng)的作用較大[4, 26], 而各水層顆粒氮磷和Chl-、DO并沒(méi)有明顯的相關(guān)性, 這說(shuō)明上層水體顆粒氮磷分布可能受生物作用與長(zhǎng)江沖淡水的共同影響。密躍層以下, DSi、COD以及DOC具有強(qiáng)相關(guān)或者中等強(qiáng)度相關(guān)的特點(diǎn)。密躍層以下水體中與COD、DSi以及DOC的相關(guān)性說(shuō)明底層PN、PP濃度受水團(tuán)混合引起的沉積物的再懸浮作用的影響。

3.3 層化對(duì)水平和垂向輸送的影響

長(zhǎng)江口水體結(jié)構(gòu)具有季節(jié)性變化特征, 夏季調(diào)查海域物質(zhì)分布存在明顯的層化[4], 不利于高溫低鹽的表層水和低溫高鹽的深層水的充分混合。水體結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的運(yùn)移和分布產(chǎn)生重要的影響。當(dāng)水體混合均勻時(shí), 表層長(zhǎng)江沖淡水帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)鹽與深層沉積物釋放的營(yíng)養(yǎng)鹽會(huì)相互交換, 而明顯的水體層化不利于水層中營(yíng)養(yǎng)鹽的垂直交換[27]。PP、PN、TSP斷面分布圖(圖3)反映了躍層上、下水體具有不同的特征。在L3站以西, 密躍層以下水體的PN、PP濃度大于密躍層以上水體(圖3, 圖5), 說(shuō)明海水層化阻礙底層物質(zhì)向上層的輸送。隨著離岸距離的不同, 密躍層以下水層中的PP和PN的濃度隨著距離的增加呈現(xiàn)明顯的指數(shù)型下降的趨勢(shì), 密躍層以上水層中PP和PN的濃度隨著距離的變化較小(圖5), 最終到達(dá)L3以東的站位, 表現(xiàn)為密躍層以上水體的PN、PP濃度大于密躍層以下水體, 這種分布趨勢(shì)與以往對(duì)長(zhǎng)江口顆粒氮磷的斷面研究相一致[1]。這說(shuō)明層化現(xiàn)象使得躍層上下兩部分水體PN、PP濃度呈現(xiàn)出不同的變化特征, 根據(jù)前述討論, 密躍層以上水體主要受到長(zhǎng)江沖淡水及生物生長(zhǎng)的影響, 而密躍層以下水體主要是受到沉積物再懸浮的影響, 上層的長(zhǎng)江沖淡水向外擴(kuò)散與底層向里入侵的外海高鹽水形成的鋒面, 使得大顆粒物質(zhì)在鋒面以西快速沉降, 阻礙了顆粒物的水平輸送。

3.4 潮汐作用對(duì)顆粒氮磷的運(yùn)移

潮汐作用對(duì)3個(gè)站位的顆粒氮磷分布影響存在差異。根據(jù)采樣(7月15日至7月19日)期間嵊山站平均潮差變化作圖(數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)海事服務(wù)網(wǎng)http://ocean.cnss.com.cn, 潮汐表查詢: 中國(guó)浙江嵊山), 見(jiàn)圖6, 一天內(nèi)出現(xiàn)2次高潮(0時(shí)、12時(shí)), 2次低潮(6時(shí)、18時(shí))。各站位水深隨時(shí)間的變化顯示, S2、S3的潮時(shí)與S1相比, 分別相差約1.5 h及3 h。

圖6 嵊山站7月15日—19日平均潮高變化圖

S1站處于河口最大混濁帶, 底層懸浮顆粒物再懸浮受潮汐作用的影響[1]。S1站底層和中層水體中顆粒氮、顆粒磷濃度明顯呈現(xiàn)出一個(gè)周日內(nèi)兩次升高和降低的周期性變化規(guī)律, 兩次高值均處于漲潮階段(10時(shí), 19時(shí)), 說(shuō)明潮汐是導(dǎo)致S1周日內(nèi)變化的主要原因。通過(guò)溫鹽剖面圖(圖2)可以看出, 該站位有明顯的高鹽冷水涌升現(xiàn)象, 這是由于長(zhǎng)江沖淡水與海水混合形成的羽狀鋒誘導(dǎo)形成。研究顯示, 夏季在31°31′N、122°40′E附近存在上升流區(qū), 上層水體離岸流, 下層水體向岸流動(dòng)補(bǔ)充, 加之地形的影響, 便產(chǎn)生上升流, 高鹽水與陸架水混合涌升, 使得沉積物發(fā)生再懸浮作用[18, 28]。潮汐是該海域上升流發(fā)生周期性變化的主要影響因素[29]。沈萌等[29]對(duì)該站位的溫鹽剖面隨時(shí)間的變化及潮流流速的分析顯示, S1在18—22時(shí)及6—10時(shí)為漲潮階段。漲潮時(shí)上升流加強(qiáng), 底層沉積物擾動(dòng)加強(qiáng), 并使得顆粒氮磷向外海的輸送減少, 可能是導(dǎo)致底層出現(xiàn)顆粒氮磷高值的原因, 并且由于上升流的影響, 中層及近表層也周期性出現(xiàn)高值(圖4)。

S3站由于離岸較遠(yuǎn), 該站位與S1不同, 表層(10 m以上)PN、PP濃度明顯大于底層, 出現(xiàn)明顯的分層, 表層高值區(qū)表現(xiàn)為落潮時(shí)周期性變深。夏季長(zhǎng)江沖淡水的影響可達(dá)126°E, 潮汐作用會(huì)影響長(zhǎng)江沖淡水的擴(kuò)展, 會(huì)影響長(zhǎng)江口表層TSP的濃度分布, 落潮時(shí), 長(zhǎng)江沖淡水的影響變大, 向遠(yuǎn)海輸送更多的TSP。因此, 受再懸浮影響較小的S3站, 表層PN、PP濃度的變化主要受到長(zhǎng)江沖淡水周期性擴(kuò)展的影響。

從S2顆粒氮磷的時(shí)間變化可見(jiàn)表層和底層水體PP、PN濃度高于中層水體, 該站位表層受到長(zhǎng)江沖淡水的影響, 而底層受到上升流的影響, 呈現(xiàn)中間水層濃度較低, 且中間水層低值區(qū)厚度受到潮汐作用周期性變寬的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

通過(guò)以上結(jié)果和討論可見(jiàn), PN和PP與TSP均具有較好的相關(guān)性, 同源性明顯。受底層沉積物再懸浮作用的影響, 近岸密躍層以下PP、PN濃度大于表層, 且表現(xiàn)為從近岸到遠(yuǎn)海逐漸降低, 密躍層以上PP、PN的變化主要受到長(zhǎng)江沖淡水及生物作用的影響。夏季的層化作用不利于底層PP和PN的向上輸送, 但有利于大顆粒物質(zhì)的沉降, 同時(shí)由于鋒面的作用阻礙了顆粒物的水平向外輸送。PP和PN的周期性變化主要受水團(tuán)混合和陸源輸入的控制, 潮汐作用對(duì)不同水層水體的顆粒氮磷濃度周期性變化的影響機(jī)制不相同, 受上升流影響的站位, 中間水層和底層的周期性變化主要是受底層再懸浮的影響; 而表層水體顆粒氮磷的周期性變化受長(zhǎng)江沖淡水的影響較大。

致謝: 中國(guó)海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院師生為本文提供了溫鹽深數(shù)據(jù), 中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院調(diào)查團(tuán)隊(duì)在海水的取樣和測(cè)定方面做了大量貢獻(xiàn), 在此一并致謝!

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Effects of stratification and tides on the transport of particulate nitrogen and phosphorus near the Changjiang River Estuary in summer

GE Tian-tian1, WANG Xin-yang1, 2, TAN Li-ju1, LI Tie1

(1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2. School of Oceanography, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China)

Changjiang River Estuary; particulate nitrogen and phosphorus; stratification; tidal

Based on data recorded in July 2018 in the Changjiang River estuary and adjacent water bodies at three stations and five consecutive bedding face stations, we analyzed the particulate nitrogen (PN) and phosphorus (PP); particularly their distribution features, the migration process, and influencing factors. The results showed that the concentration of PN ranged from 0.75 to 27.42 μmol?L?1, and the average concentration was 5.39 μmol?L?1. The concentration of PP ranged from 0.72 to 2.05 μmol?L?1with an average concentration of 0.37 μmol?L?1. PN and PP had good correlations with the suspended particulate matter (TSP), showing apparent homology. Stratification and tides have a great influence on the migration of PN and PP. Stratification was not conducive for the upward transportation of particles at the bottom, making the vertical distribution of PN and PP stratified. At the same time, the dirty water from the Changjiang River entered the highly concentrated saltwater. The formed front causes the large particles to settle rapidly west of the front, hindering the horizontal transport of particulate matter, nitrogen, and phosphorus to the sea. Affected by the tide, the migration of the Changjiang River’s fresh water and the resuspension of bottom sediments have an essential impact on the periodic changes of PN and PP in the water. PN and PP in the bottom and middle levels of the upwelling zone are periodically changed by sediment resuspension. This work plays a vital role in analyzing the correlation between the distribution of chemical composition and hydrodynamic effects in the coastal area of the estuary.

Mar. 19, 2021

State Environmental Protection Key Laboratory of Coastal Ecosystem, No. 202112; Open Fund of Key Laboratory of Marine Ecological Environment Science and Engineering, No. MESE-2019-06; Ministry of Natural Resources National Key Research and Development Project of China, No. 2019YFC1407802]

葛田田(1986—), 女, 山東寧陽(yáng)人, 實(shí)驗(yàn)師, 博士在讀, 主要從事海洋化學(xué)研究, E-mail: getiantian@ouc.edu.cn; 譚麗菊(1972—), 通信作者, 女, E-mail: lijutan@ouc.edu.cn

P734

A

1000-3096(2021)08-0001-09

10.11759/hykx20210319003

2021-03-19;

2021-06-29

國(guó)家環(huán)境保護(hù)近岸海域生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(202112); 自然資源部海洋生態(tài)環(huán)境科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(MESE-2019-06); 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2019YFC1407802)

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)